一、柔性臂机器人协调操作的内力分析（论文文献综述）
江涛[1]（2021）在《面向大型目标捕获的空间多臂机器人抓取策略研究》文中提出随着时代的发展,人类对空间探索的不断深入,空间机器人以其应用场景的多样性,越来越成为未来空间探索及应用的主力。同时随着失效航天器的增加,在轨装配零件结构大型化,大型目标捕获逐渐成为空间在轨任务重要组成部分,以大型目标捕获为任务的在轨服务越来越称为空间发展的主要趋势。然而由于单臂机器人稳定性较差,负载能力有限,仅仅依靠单臂机器人远远不能满足大型目标的在轨抓取任务要求。空间多臂机器人以其负载能力大、效率高,极大的提高了在轨抓取能力的上限。在抓取大型目标过程中,如果抓取点的位置选取不当,不仅会导致系统不稳、任务受限甚至可能造成目标受损而造成任务失败,因此抓取点的选取是空间多臂机器人完成抓取任务的前提条件。确定了抓取位置后,为了使空间多臂机器人抓取物体时能够具备最优的移动和负载能力,需要对空间多臂机器人抓取物体前构型进行优化。另外空间多臂机器人在抓取物体的接触过程中,由于惯性、刚度以及速度等干扰,机器人末端会在接触点处产生振动,因此机器人在抓取物体时进行柔顺控制来保证机器人末端抓取物体的稳定性和精确性具有重要意义。本文以空间多臂机器人为研究对象,针对大型目标捕获的任务场景开展空间多臂机器人抓取策略研究。具体包括基于抓取稳定性和运动能力综合指标的目标物体抓取点布局规划、基于综合可操作度指标的抓取构型优化以及抓取过程中的柔顺控制策略研究。首先开展基于抓取稳定性和运动能力综合指标的目标物体抓取点布局规划。针对抓取点展开约束分析,确定机器人抓取接触类型,抓取点到物体坐标系的映射关系;并对抓取点的抗扰动能力和运动能力进行分析,提出并构建了基于抓取稳定性和运动能力综合指标,利用层次分析法根据具体任务确定各指标权重;以抓取综合指标为优化目标,基于蒙特卡洛法对抓取点进行布局优化,通过仿真验证了所提抓取点布局最优,为后续抓取操作进行提供了保障。其次,开展基于综合可操作度的空间多臂机器人抓取构型优化方法研究。对空间多臂机器人运动学及动力学进行分析,并建立了多臂机器人运动学及动力学模型;在构建的多臂机器人运动学及动力学模型的基础上,提出并建立了同时考虑关节速度和关节力矩传递特性的综合可操作度指标作为构型优化目标函数;并根据第二章优化后的抓取点布局确定抓取位姿,基于粒子群算法在机器人关节角限定范围内,以综合可操作度指标作为适应度函数,对多臂机器人的抓取构型进行优化,最终得到空间多臂机器人的最优构型;通过仿真验证了空间多臂机器人在最优抓取构型下综合可操作度最大,并对初始构型到最优抓取构型进行规划,为后续空间多臂机器人抓取柔顺控制奠定了基础。然后,开展空间多臂机器人抓取接触目标物体过程中柔顺控制方法研究。针对机器人在接触物体的过程中,由于惯性、刚度以及速度等干扰,机器人末端会在接触点处产生振动等问题,本文提出了一种基于速度和加速度反馈的空间多臂机器人抓取柔顺控制策略,同时考虑到机械臂末端由于反弹振动可能脱离物体表面,设计了机器人从自由空间向约束空间的控制切换策略,使得机械臂末端与物体接触时可以减小振荡,实现抓取过程中的稳定过渡。最后,针对面向大型目标捕获的空间多臂机器人抓取策略开展实验研究。基于实验室现有的两条机械臂,改造实验平台,设计多臂机器人抓取接触过程中柔顺控制实验方案。基于采样得到的实验数据进行分析,验证了该算法的有效性和正确性。
刘天亮[2]（2021）在《狭小空间作业绳驱分段联动机械臂运动规划与控制研究》文中研究表明随着航空、航天以及核电等领域的快速发展,对大型航天器、飞机以及核设施等设备的日常维护维修工作需求日益突出。但由于狭窄的工作空间和极高低温、高辐射等恶劣环境,该项工作开展显得异常困难。鉴于绳驱连续型机器人具有体型纤细、臂型连续、机电分离等特点以及超强的灵巧运动和环境适应能力,在此类极限环境下应用具有卓越的潜力。然而,要将绳驱连续型机器人在上述领域中进行实际应用,还需要解决其目前存在的结构刚度低、模型复杂、运动规划及控制难等问题。针对上述问题,本文提出了一种面向狭小空间作业的主被动混合驱动的高刚度和负载的绳驱分段联动冗余机器人,并以其为研究对象开展了结构设计与建模、轨迹规划、动力学控制和实验验证等研究。针对绳驱分段连续型机器人存在的刚度低、负载能力弱的问题,提出了一种主被动混合驱动分段联动的结构。一般的连续型机器人由于结构中采用了弹性体作为支撑,而导致了其机械臂刚度和负载能力不高的缺点。由此,本文采用了联动绳索来替代弹性体,实现了关节段内的所有双自由度关节的联动以及每个连杆的全约束,具有电机数目少、刚度和负载能力高等特点。因此,基于该结构的绳驱分段联动机械臂具有许多优点,一方面其避开了弹性体的使用,提高了连续型机器人结构刚度;另一方面通过子关节联动可以实现关节段的“恒曲率”弯曲,简化了机械臂的模型。因此,应用本文提出的新结构,不仅可以提高机械臂的模型精度,还可以有效地提高其刚度和负载能力。针对绳驱分段联动机器人逆运动学求解和构型规划存在的易奇异和效率低问题,提出了一种基于两层几何迭代的快速逆运动学求解和轨迹规划方法。由于绳驱连续型机器人的大量关节,传统的基于雅克比伪逆的逆运动学求解和规划方法需要大量的矩阵运算,存在着易奇异和效率低的问题。针对这些问题,本文提出了几何迭代的方法,具有计算效率高以及无奇异问题等优点。一方面该方法将末端姿态拆解成一个特定向量和绕其旋转的角度,而前者和末端位置,作为内层几何迭代的求解目标,后者作为外层求解的变量。另一方面,该方法将绳驱分段联动冗余机械臂简化成离散关节型臂,以使其适用于FABRIK（Forward And Backward Reaching Inverse Kinematics）几何迭代法,实现高效地逆运动学求解。仿真结果表明,该方法具有快速逆运动学求解和规划的能力,即使是在奇异位置附近,也具有良好的特性。进一步地,为了更加发挥绳驱分段联动机器人的冗余特性,适应更复杂的任务构型,提出了一种基于扩展虚拟关节的逆运动学求解和避障规划方法。考虑到绳驱机械臂的严格约束工作环境和特殊自由度配置导致的末端位姿和构型间强耦合关系,本文引入了等效的虚拟关节,一方面其可以实现区域范围内快速搜索;另一方面可以通过给系统增加虚拟的自由度,来放开一定的方程约束条件以增加有效解的数量。本文所提的方法,根据作业任务及环境空间,等效成一系列虚拟关节的组合。进一步地结合机械臂和等效的虚拟关节,该方法具有了很多优势。一方面可以根据给定的狭小空间范围,对机械臂的末端适当地放宽求解的约束条件;另一方面也能同时地对局部构型增加一定的约束,防止碰撞。通过典型任务的仿真结果,验证了该方法对狭小空间避障下的机械臂末端和局部构型逆运动学求解和规划的有效性。针对绳驱分段联动冗余机器人存在的强耦合、高非线性和冗余自由度等导致的其控制难问题,本文提出了一种基于动力学前馈的PD控制方法。考虑到该机器人中存在着大量的驱动和联动绳索,本文首先地将驱动绳索、联动绳索和连杆等受力进行了简化。鉴于牛顿-欧拉方法动力学建模的高效率性,本文推导了该机器人的递归动力学方程,并结合段内等角度联动的结构特点,以最小驱动绳索力为优化目标,求解出关节段的驱动绳索最优化力,完成整个机器人的动力学建模。进一步地,本文根据建立的动力学模型,提出了基于动力学前馈的PD控制方法,实现该机器人的闭环动力学控制。通过Adams+Matlab联合仿真,证明了本文对绳驱分段联动冗余机械臂的动力学建模准确性和所提的控制方法的有效性。最后,为了验证本文所提的高刚度和负载的绳驱分段联动冗余机器人,本文开发了该样机和实验系统,并进一步开展了关于该机器人的刚度、负载、关节联动精度等性能实验。基于性能的验证基础上,本文还进一步地对所提的算法,进行动力学实验验证和典型的狭小空间下穿越避障实验验证,其结果验证了本文所提出的主被动联动结构对刚度和负载提高的有效性,以及本文所提的相关算法对绳驱分段联动冗余机器人规划控制的有效性和适用性。
王琪,闵华松[3]（2021）在《双臂机器人的协调控制算法综述》文中认为双臂机器人系统是当前机器人领域的研究热点,特别是随着单臂机器人在操作能力、控制等方面的局限性不断凸显,最近的研究集中在拥有协调操作能力的冗余双臂机器人。对双臂操作进行分类,然后从双臂协调运动方式、双臂协调控制问题、感知传感器、模仿学习、人机交互五个方面进行分析;综述从运动学、动力学现状入手,分析了双臂协调控制与单臂控制方式在约束关系、运动规划、协调控制方式等方面的不同与发展,结合感知传感器、模仿学习等方法在双臂协调控制中的应用;对人机协作中的交互方式进行了分析,并对双臂机器人的未来研究方向进行了展望。
柳建良[4]（2020）在《基于模糊自适应的多机械臂力/位混合控制》文中研究说明多机械臂系统因具有操作灵活、应用领域广、安全性能好等优点,成为机器人学研究领域的一个热点。然而,多机臂系统是一类非线性、状态变量高度耦合、外部干扰性强的系统,传统的控制方法难以同时控制多个机械臂。此外,当多个机械臂搬运同一个物体时,机械臂与物体之间会产生内力效应,这部分内力应该被控制在合理的范围内,否则会影响整个系统的控制精度,甚至会对物体和机械臂造成损害。因此,如何处理上述问题并实现多机械臂系统的力/位混合控制具有重要的研究价值与实际意义。本文针对多机械臂系统的力/位混合控制问题,以反步法为基础,结合命令滤波技术、有限时间技术和模糊自适应控制技术,分别设计了模糊自适应反步控制器、模糊自适应命令滤波控制器和有限时间命令滤波控制器来实现多机械臂系统的力/位混合控制。本文的主要研究成果如下:1.研究了基于反步法的多机械臂力/位混合控制策略。以机械臂的动力学方程为基础,构建了多机械臂系统的动力学模型;接着运用反步法设计跟踪控制器,并结合模糊自适应技术处理系统中不可测的非线性项及干扰项;最后根据Lyapunov理论判断系统的稳定性,并使用Matlab/Simulink模块搭建仿真实验。仿真结果表明所设计基于反步法的控制策略可以有效控制物体的运行轨迹和系统的内力。2.针对系统在运行过程中加速度发生突变等不连续的情况,研究了基于命令滤波技术的多机械臂力/位混合控制策略。将命令滤波技术和反步法相结合,在设计过程中只需要物体运行轨迹的信息及其一阶导数的信息,因此可以有效解决系统加速度不连续的问题,并设计误差补偿机制消除滤波误差造成的影响。最终基于Lyapunov方法判断稳定性,并使用Matlab/Simulink模块搭建仿真实验。仿真结果证明了命令滤波反步控制技术在多机械臂系统中的有效性和实用性。在系统的加速度不连续时,所设计的模糊自适应命令滤波控制器不仅可以保证物体可以按照理想的轨迹平稳运行,而且将内力控制在合理的范围内。3.研究了基于有限时间技术的多机械臂力/位混合控制策略。以反步法为基础,结合命令滤波技术和有限时间技术,提升了多机械臂系统的控制性能。通过引入有限时间命令滤波技术不仅可以处理多机械臂系统加速度不连续的问题,还能够保证物体位置和内力的在更短的时间内跟踪到期望的轨迹。并且构建了新的误差补偿机制,保证补偿误差在更短的时间内收敛。最后根据Lyapunov理论判断系统的稳定性,并通过Matlab仿真实验验证基于有限时间技术的控制策略的优越性。4.通过Matlab/Simulink仿真实验结果将反步控制策略、命令滤波反步控制策略和有限时间命令滤波控制策略进行对比可以看出,三种控制策略都可以解决多机械臂的力/位混合控制问题,达到预期的控制效果。但是有限时间命令滤波控制策略不仅解决了系统加速度不连续的问题,而且使得物体的位置和内力更快的跟踪上期望的轨迹,抗干扰能力更强,跟踪精度和控制效果都要优于前两种控制策略。
段嘉琪[5]（2020）在《空间双臂机器人协调装配柔顺控制方法研究》文中指出随着世界各国对太空开发的不断深入,空间结构的大型化是未来航天事业发展的主要趋势。然而受到运载火箭整流罩尺寸的限制,这类大型空间结构需要由模块化的桁架在轨装配而成。双臂机器人具备操作能力强、作业范围大和装配稳定的优点被广泛应用于在轨装配领域。在装配过程中双臂机器人不可避免地需要完成大量对准和旋拧操作。对准操作中,传统伺服控制是在对模型精确标定基础上实现的,而在轨标定耗时、耗力、难度高,且受到空间恶劣环境的影响,已标定结果也会发生退化,造成对准精度差。旋拧操作中,机器人会与桁架结构发生直接的物理接触,接触力可能引起桁架的抖动或变形,导致装配操作失败。因此,针对双臂机器人对准和旋拧操作,开展协调装配柔顺控制方法的研究,对在轨装配技术的发展有着重要的理论意义及实际应用价值。本文瞄准在轨装配中的伺服对准和柔顺旋拧问题,开展空间双臂机器人协调装配柔顺控制方法研究,具体包括无标定视觉伺服对准控制方法、基于扭矩-转角法的双臂机器人协调旋拧柔顺控制和基于力反馈的旋拧位姿调整策略研究。首先,针对在轨装配过程中的对准问题,研究无标定视觉伺服对准控制方法。分析推导图像特征空间与机器人关节空间之间的映射关系,建立无标定视觉伺服系统模型。通过利用卡尔曼滤波方法完成对视觉伺服系统模型的在线辨识。在设计目标特征深度估计器的基础上,引入滑模控制方法实现对机器人运动状态的控制,解决负载惯性参数不定导致对准精度低的问题,使系统能够在复杂太空环境下精确的实现桁架的对准装配。其次,针对在轨装配过程中的旋拧问题,研究空间双臂机器人协调旋拧柔顺控制方法。分析旋拧装配过程中旋转角度、拧紧力矩与预紧力三者之间的关系,确定柔顺旋拧各个阶段主臂的控制输入。建立双臂机器人协调操作约束关系模型,在此基础上确定从臂的控制输入。设计空间双臂机器人协调旋拧力/位混合控制算法,通过对不同阶段拧紧力矩和转角的控制,实现装配过程中预紧力的稳定跟踪,提高所搭建桁架的工作性能。针对机器人系统参数不确定的情况,设计空间双臂机器人自适应柔顺控制算法,补偿由于系统参数误差引起的控制误差,保证旋拧装配在系统参数不确定情况下的控制精度。然后,针对旋拧过程中存在的振动、轴线错位和卡阻问题,研究基于力反馈的旋拧位姿调整策略。对旋拧过程中桁架与对应接口的接触状态进行建模,分析两者之间的约束关系,并在此基础上提出柔顺旋拧装配位姿调整方法。构建柔性桁架结构的简化模型并对其进行模态分析,利用ADAMS软件对位姿调整策略进行振动特性分析,得到振动最小化的位姿调整策略。在保证振动最小化的基础上有效解决旋拧过程中的卡阻问题,保证桁架与接口轴线的平行度。最后,针对空间双臂机器人协调装配柔顺控制方法开展实验研究。改造地面仿真实验平台,分别设计无标定视觉伺服对准实验和双臂协调旋拧柔顺控制实验。对实验采集的数据进行对比分析以验证所提出的相关算法的有效性与实用性。
李进[6]（2020）在《基于完善内力的双臂差型末端作用力建模与控制研究》文中指出伴随科学技术与绿色制造的发展,双臂机器人低能耗柔顺协调作业逐渐成为当下研究的热点,双臂机器人建模与控制作为双臂柔顺协调作业的本质,成为研究中的重中之重。目前传统的双臂动力学模型只是两个单臂动力学的叠加,并没有建立双臂之间的联系,且对动力学模型进行广义逆分析,得到所研究的内力模型与操作力模型之间具有交叉,基于此实施协调控制则会造成机械臂能量损耗,严重时可能会造成物体或机械臂的损坏。针对上述问题,本文基于相对雅可比矩阵推导出双臂差型末端作用力动力学模型,建立了双臂之间的联系;利用平衡力系原理指出内力模型产生交叉的原因并进行完善,得到优化内力后的双臂差型末端作用力动力学模型;最后依据此模型进行自适应阻抗协调控制。主要研究内容如下:首先,基于差型末端作用力的双臂动力学建模。基于D-H参数法建立双臂各连杆坐标系,通过运动学求导法和矢量解析法推导出单臂雅可比矩阵;利用机械臂各关节点之间的旋转关系与平移关系,得到双臂相对雅可比矩阵;运用双臂雅可比矩阵与双臂相对雅可比矩阵之间的联系,结合虚功法,建立基于差型末端作用力的双臂动力学模型。其次,基于完善内力的双臂差型末端作用力建模。深刻剖析广义逆理论,罗列不同情况下动力学模型中的广义逆表达式;依据平衡力系原理分析现有的基于最小范数分解的双臂末端作用力模型不完善性所在;通过选择合适的双臂雅可比广义逆对双臂相对雅可比进行改进,划清模型中的操作力项与内力项,将其运用到双臂差型末端作用力动力学模型中。再次,基于内力载荷分配的双臂差型末端作用力模型自适应阻抗协调控制系统。利用阻抗协调控制系统提高双臂机器人的鲁棒性,解决双臂机器人与外界环境的交互问题;针对系统阻抗系数无法实时调整的缺陷,引入自适应项,提高双臂机器人的环境适应性;通过构建分析李雅普诺夫方程证明了该系统具有稳定性。最后,基于完善内力的双臂差型末端作用力模型仿真与实验。通过选定机械臂结构数据及关节运动参数,确定机械臂的运动轨迹;基于MATLAB软件提取有无内力载荷分配的两机械臂末端差型相对作用力与力矩数据,并生成曲线与实际值进行对比分析,得到两曲线变化趋势相同,且在末端做功相同的情况下,基于内力载荷分配的双臂差型相对末端作用力则更为精确,由此模型正确性得证。
逯轩[7]（2020）在《面向弱刚性构件装配的双机器人协调控制技术研究》文中研究说明单机器人控制技术在飞机弱刚性部件的数字化装配中已经被广泛使用,而具有高精度、高刚度特点的多机器人协调控制技术却尚未得到深入研究。如何将多机器人协调控制技术应用于工业生产变得愈发关键。针对协调控制技术仍存在的问题,并立足于飞机壁板等典型弱刚性构件的实际装配需求,本文对弱刚性构件的导引运动控制、防止构件挤压变形的内力控制以及典型弱刚性构件—飞机壁板装配时的外力控制展开了研究。论文的主要工作如下:（1）为实现弱刚性构件在空间中自由运动的基本功能,基于操作对象设计了双机器人导引示教控制算法,该算法可以根据操作者的导引意图控制双机器人与对象协调运动。为保证导引过程的安全性,提出了一种导引轨迹多空间自适应插补算法,使机器人运动轨迹满足笛卡尔空间和关节空间的安全限制条件。（2）为解决双机器人协调运动过程中弱刚性构件的受力变形问题,提出了对象内力的“基准调节”策略,并设计了基于阻抗模型的内力模糊控制算法,该算法可有效提升基于位置环的内力控制响应速度。同时提出了一种对象轨迹跟踪误差补偿算法,尽可能降低因内力调节而导致的操作对象轨迹偏移。（3）以典型弱刚性构件—飞机壁板为例,为提升装配过程的可控性和安全性,将对象环境外力控制应用于传统的飞机壁板折线路径装配策略,并设计了相应的装配流程。基于外力模型设计了环境外力阻抗控制算法,使环境外力与对象位置构成了控制闭环。针对实际装配需要,对装配过程的环境外力监测方法进行分析,并提出了壁板贴合力的斜坡插补算法,有效避免了壁板蒙皮装配时发生冲击变形。（4）基于倍福Twincat开发环境对双机器人协调控制系统进行了设计开发,对文中提出的控制算法进行实验验证。实验结果证明了双机器人协调控制算法可以有效提升弱刚性构件装配的灵活性和安全性。
段晋军[8]（2019）在《多机器人协作焊接中的轨迹规划和位置力协调控制研究》文中研究指明随着工业的发展和机器人技术的进步,传统的单机器人系统已不足以胜任当今日益多样化的柔性自动化生产需求。为适应任务复杂化、操作智能化及系统柔性化等要求,多机器人协作系统已逐步被推广和应用在工业环境中。多机器人协作系统与单个机器人相比,具有更强的作业能力、更大范围的工作空间、更灵活的系统结构和组织方式,是目前的研究热点之一。本文以多机器人协作在焊接领域中的应用为背景展开研究,以协作完成空间复杂焊缝焊接为任务目标,重点研究多机器人协作焊接过程中的关键性研究问题。相比于传统的焊接机器人+变位机组成的焊接工作站或由两台工业机器人组成的协作系统,多机器人（三台或三台以上）协作焊接具有更多的优势,但是也带来了更为复杂的控制问题。本文针对这些难点问题展开研究,研究的主要内容和成果如下:（1）在连续焊接过程中为满足复杂焊缝焊接的任务约束和焊接工艺要求等诸多因素,搬运机器人必须不断的变换夹持工件的位姿以保证焊点始终处于理想的焊接位姿,焊接机器人也必须不断调整焊枪的位姿以保证焊枪满足焊接要求,此过程要求搬运机器人间、搬运机器人与焊接机器人间均满足一定的位姿约束。除此之外,在协作焊接过程中还需考虑初始焊接位置的布局问题,若初始焊接位置选取不当,可能导致整个焊接过程无法顺利进行。针对上述难点问题,本文提出了一种面向被操作对象“分层规划”的多机器人规划方法,并且首次考虑了初始焊接位置的最优布局,根据多项性能指标建立求解最优布局的数学模型,通过优化算法对其进行最优求解,并将其求解结果融入到“分层规划”中,最终求解得到各机器人的运动轨迹。所提的规划算法不仅解决了坐标系变换复杂等难点,而且同时考虑了焊接工艺要求和位姿约束。（2）随着焊接过程的进行,搬运机器人夹持的工件逐渐被焊接为一体,此时搬运机器人与工件形成一个闭链系统。在实际的控制系统中往往存在标定误差或外界干扰,这些因素会导致机器人末端在协作运动中存在时变的轨迹偏差,而动态变化的轨迹偏差会使得机器人与工件、机器人与机器人间产生巨大的内力作用,控制不当可能导致待焊工件或机器人的损坏。针对上述难点问题,本文提出了面向被操作对象的对称式内外阻抗策略,并且首次考虑了实际控制系统中外部干扰和标定误差所导致的动态变化且未知的轨迹偏差,提出了自适应变阻抗的控制策略来补偿动态变化的轨迹偏差导致的未知干扰广义力。（3）为系统地研究多机器人协作焊接过程中的关键性研究问题和验证相关理论研究成果,采用嵌入式PC+伺服总线架构自主研发了多机器人协作控制系统,进一步搭建了典型的多机器人协作焊接系统,对所提的多机器人轨迹规划算法和双臂位置力协调控制算法了进行了仿真和物理实验的验证。在此基础上,将上述算法应用在多机器人协作焊接实验中,首次在由三台工业机器人组成的协作焊接系统上顺利地完成了管管相接马鞍形曲线焊缝的焊接实验。总之,针对多机器人协作焊接过程中的难点问题,本文从多机器人协作焊接过程中的轨迹规划和双臂位置力协调控制两方面开展深入研究,在理论上提出了面向被操作对象且考虑最优初始焊接位姿布局的多机器人轨迹规划方法和基于对称式自适应变阻抗的双臂位置力协调控制方法,在实现上基于自主研发的开放式多机器人控制器完成了空间复杂焊缝的多机器人协作焊接任务。
江一鸣[9]（2019）在《双臂机器人系统模型辨识及协同控制理论研究》文中研究说明近年来,在工业界和学术界的广泛研究和推动下,机器人技术作为最受期待的技术之一得到快速发展。双臂或多臂机器人协调控制是机器人研究的重要方向内容,也是亟需解决的关键问题。而精确、有效的机器人模型是实现双臂机器人灵巧、柔顺和协调操作的必要条件。通过机器人运动学的精确建模,可以实现机器人末端执行器到机器人关节空间运动的有效转换,在机器人力/位置控制、计算力矩控制、阻抗控制等先进控制中得到应用。本课题一方面基于Denavit–Hartenberg（DH）方法和牛顿-欧拉方法,建立Baxter机器人运动学模型和动力学模型,研究参数未知下情况下机器人的运动学和动力学模型参数辨识问题。另一方面,基于机器人的运动学、动力学建模方法,研究双臂刚性抓取物体的控制问题,并重点解决如下关键问题:利用有限时间收敛参数辨识器和模型降阶方法解决牛顿欧拉回归矩阵非满秩问题,实现对动力学参数真实值的有效估计。利用障碍李雅普诺夫函数设计双臂机器人控制器,实现双臂机器人的预设瞬态性能控制。利用切换函数设计神经网络切换控制器,将传统神经网络的半全局稳定拓展为全局稳定。本课题将针对双臂机器人协调控制存在的问题,对控制过程中运动学和动力学建模、未知模型参数、模型不确定性和协调控制等问题开展研究,建立准确的机器人系统模型,开发稳定而高效的协调控制技术,实现安全、高效的双臂机器人协调控制。具体来说,本课题主要包括如下三个方面的研究内容。一、精确有效的机器人系统参数对鲁棒、稳定的机器人控制具有十分重要的作用。我们首先基于Newton-Euler方法与DH方法分别建立机械臂动力学与运动学模型,并针对机械臂系统参数未知情况,设计一种有限时间收敛的参数估计算法,使辨识参数可以快速收敛到真实值。考虑到Newton-Euler动力学回归矩阵存在非满秩的情况下会导致参数估计不满足持续激励条件。我们采用一种模型降阶方法保证回归矩阵的满秩性,从而实现机器人动力学参数的有效估计。通过辅助滤波矩阵设计、有限时间收敛辨识等算法设计机器人系统辨识器,实现快速、精确的系统参数辨识。二、当双臂抓取和操作物体时,精确的瞬态控制可以提高机械臂的控制性能,使得被抓取物体不被破坏。在本文中,我们针对双臂机器人系统动态未知情况,提出了一种预设性能的双臂机器人跟踪控制方法,通过设计瞬态和稳态约束函数,利用误差转换将该瞬态函数集成到控制器中来严格保证期望的瞬态性能,将双臂机器人瞬态响应和稳态响应限定在期望的范围。另一方面,为了解决系统动力学模型未知情况下的双臂机器人控制问题,我们利用神经网络的万能逼近特性来学习双臂机器人的未知动态。然而如何确定神经网络紧集的大小仍然是一个难题。为了解决这一问题,我们尝试将神经网络控制由半全局稳定拓展为全局一致最终有界稳定,利用切换函数设计神经网络切换控制器,实现未知动态下全局稳定的双臂机器人控制。三、在双臂机器人抓取物体时,双臂与物体之间存在强非线性及力耦合。在这一条件下,考虑未知运动学参数及动力学特性的双臂机器人控制是一个具有挑战的课题。为解决这一问题,我们提出了雅可比矩阵逼近方法解决未知运动学参数的控制问题,同时构造去一种中心化的自适应模糊逻辑系统补偿未知双机械臂-物体动力学特性。为了保证估计参数在有限时间内收敛到真实值,构造了一种有限时间收敛的自适应参数估计框架,使得被估计参数可以快速收敛到一个以真值为中心的小邻域内。同时为进一步放松对持续激励条件的要求,采用一种部分持续激励条件,并证明基于高斯基函数的模糊隶属度函数满足这一条件,保证模糊系统权值的收敛性,使得设计者可以直接使用已经训练好的权值参数而不需要重新训练。
申浩宇[10]（2016）在《冗余双臂机器人协调作业系统研究》文中研究指明冗余双臂机器人是机器人研究领域中的一个前沿课题。特别是随着单臂机器人在操作能力、控制等方面的局限性不断凸显,拥有协调操作能力的冗余双臂机器人的研究受到了越来越多的关注。然而由于协调操作的双臂之间存在着复杂的运动学和动力学约束关系,冗余双臂机器人的控制和分析具有相当的难度。本文针对冗余双臂机器人的协调作业任务,系统地研究了冗余双臂机器人运动学和动力学的相关问题,主要包括以下五个方面内容:（1）针对单个冗余机械臂的避障规划问题,提出了基于主从任务转化的避障算法。该方法将冗余机械臂避障运动的3维操作空间缩减为1维的运动空间,引入了2个转换变量,可以根据得到的实时最小距离的变化,实现机械臂末端的轨迹跟踪运动和避障运动之间的主从任务优先级转换。通过仿真实验证明了该方法在冗余机械臂的避障规划中具有良好的效果,不仅能实现冗余机械臂的避障,而且能避免任务之间的冲突。（2）对冗余双臂机器人协调操作的运动学规划问题进行了研究,引入了用于描述协调操作任务的绝对位姿变量和相对位姿变量,构造出了对应于协调操作任务的雅可比矩阵,得到了冗余双臂机器人的运动学逆解,使得冗余双臂机器人能够实现协调操作任务。结合单臂机器人的避障算法原理,提出了冗余双臂机器人协调操作的避障规划算法。通过仿真验证了冗余双臂机器人协调操作的避障规划算法的有效性。（3）利用基于解耦的自然正交补的动力学递推建模方法,对多自由度机器人的动力学建模问题进行了研究。通过引入解耦的自然正交补的概念和方法,消除了牛顿-欧拉动力学方程中的约束力项,并利用旋量来表示相关的运动学和动力学变量,提出了一种基于解耦的自然正交补的高效率反向动力学递推建模方法。针对单臂冗余机器人系统和冗余双臂机器人的开环系统,分别编制了反向动力学建模程序,并与仿真软件ADAMS得到的仿真结果进行了对比,验证了该方法的可靠性和高效性。（4）研究了构成闭环系统的冗余双臂机器人协调作业系统的载荷分配问题和动力学优化问题。利用机器人双臂之间的运动学和动力学约束关系,提出了一种无内力的载荷分配方法。通过机械臂的动力学特性,并利用冗余双臂协调系统的自运动特性,以驱动力矩的优化为目的,实现了系统的动力学性能优化。（5）根据冗余双臂机器人系统的三维结构模型,采用多体动力学仿真分析软件ADAMS建立了系统整体的虚拟样机系统。面向协调搬运任务和协调装配任务,对与双臂协调操作有关的任务分解,双臂的任务分配等问题,在虚拟样机系统中进行了数值仿真和分析,为物理样机的设计和操作提供了参考。本文所研究的避障规划、双臂协调操作、双臂机器人的动力学建模、载荷分配和力矩优化以及任务分解和分配等内容涵盖了冗余双臂机器人协调操作环境中所涉及到的关键问题,不仅为冗余双臂机器人的协调操作控制问题提供了理论支撑,而且对其他多臂、多足等复杂机器人系统的研究也具有重要的参考价值。
二、柔性臂机器人协调操作的内力分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、柔性臂机器人协调操作的内力分析（论文提纲范文）
（1）面向大型目标捕获的空间多臂机器人抓取策略研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 空间多臂机器人抓取及协调操作柔顺控制研究现状 |
| 1.2.1 空间多臂机器人研究现状 |
| 1.2.2 多臂机器人抓取点选取研究现状 |
| 1.2.3 空间机器人抓取构型研究现状 |
| 1.2.4 空间多臂机器人柔顺控制研究现状 |
| 1.3 本文研究内容及结构安排 |
| 第二章 基于抓取稳定性和运动能力综合指标的目标物体抓取点布局规划 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 抓取点约束分析 |
| 2.2.1 抓取接触类型分析 |
| 2.2.2 多臂机器人抓取末端映射关系 |
| 2.2.3 多臂抓取力约束条件 |
| 2.3 抓取点评价指标分析 |
| 2.3.1 抓取点抗扰动能力分析 |
| 2.3.2 抓取点运动能力分析 |
| 2.3.3 综合抓取指标构建 |
| 2.4 基于蒙特卡洛法的抓取点搜索策略 |
| 2.4.1 抓取平面 |
| 2.4.2 基于蒙特卡洛法的抓取点搜索策略 |
| 2.5 仿真分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 基于综合可操作度的空间多臂机器人抓取构型优化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 空间多臂机器人运动学与动力学建模 |
| 3.2.1 空间多臂机器人运动学建模 |
| 3.2.2 空间多臂机器人动力学建模 |
| 3.3 空间多臂机器人可操作性指标分析 |
| 3.3.1 机械臂关节速度和关节力矩传递特性分析 |
| 3.3.2 综合可操作度指标构建 |
| 3.4 基于粒子群算法的空间多臂机器人构型优化 |
| 3.5 仿真分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 空间多臂机器人抓取柔顺控制策略 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于抓取安全系数的力分配优化 |
| 4.3 抓取过程中柔顺控制方法研究 |
| 4.3.1 抓取过程中力控制分析 |
| 4.3.2 基于速度和加速度反馈的柔顺控制方法设计 |
| 4.3.3 机器人抓取过程中控制切换策略 |
| 4.4 仿真分析 |
| 4.4.1 多臂机器人力分配仿真分析 |
| 4.4.2 机器人抓取过程中仿真分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 面向大型目标捕获的空间多臂机器人抓取策略实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验平台及实验方案设计 |
| 5.2.1 实验平台 |
| 5.2.2 实验方案 |
| 5.2.3 实验结果与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 主要研究工作总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
（2）狭小空间作业绳驱分段联动机械臂运动规划与控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源及研究的目的和意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 研究目的和意义 |
| 1.2 连续型机器人国内外系统研究综述 |
| 1.2.1 国外连续型机器人系统研究综述 |
| 1.2.2 国内连续型机器人系统研究综述 |
| 1.3 绳驱连续型机器人关键技术研究现状 |
| 1.3.1 绳驱连续型机器人结构设计方法综述 |
| 1.3.2 绳驱连续型机器人运动学建模综述 |
| 1.3.3 绳驱连续型机器人运动规划方法综述 |
| 1.3.4 绳驱连续机器人控制方法综述 |
| 1.4 当前研究亟待解决的问题 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 绳驱分段联动机械臂设计与运动学建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 设计需求分析 |
| 2.2.1 应用背景分析 |
| 2.2.2 初步设计结果与待改进问题 |
| 2.3 机械系统改进设计 |
| 2.3.1 结构优化概念设计 |
| 2.3.2 联动关节段改进设计 |
| 2.3.3 驱动控制箱改进设计 |
| 2.3.4 绳索固定座改进设计 |
| 2.3.5 整臂设计得到的性能指标 |
| 2.4 多层级运动学建模 |
| 2.4.1 多层运动学关系 |
| 2.4.2 电机-绳索运动学 |
| 2.4.3 绳索-关节段运动学 |
| 2.4.4 关节段-末端运动学 |
| 2.5 运动学耦合分析及其解耦 |
| 2.5.1 运动学耦合分析 |
| 2.5.2 运动学解耦分析 |
| 2.6 工作空间分析 |
| 2.6.1 单联动关节段工作空间 |
| 2.6.2 整臂的工作空间 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 基于两层几何迭代的逆运动学求解与轨迹规划 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 问题描述和解决策略 |
| 3.2.1 逆运动学问题描述 |
| 3.2.2 解决策略 |
| 3.3 等价运动学建模 |
| 3.4 两层几何迭代方法 |
| 3.4.1 基于改进FABRIK方法的内环迭代 |
| 3.4.2 末端滚转角度接近的外环迭代 |
| 3.4.3 关节极限回避 |
| 3.4.4 仿真分析 |
| 3.5 末端位姿和整体构型同步规划 |
| 3.5.1 环境参数化 |
| 3.5.2 同步规划策略 |
| 3.6 仿真研究分析 |
| 3.6.1 基于弯曲方向约束的狭缝中轨迹跟踪 |
| 3.6.2 基于欧几里得距离约束的狭窄弯管道穿越 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 基于扩展虚拟关节的逆运动学求解与避障规划 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 扩展虚拟关节 |
| 4.2.1 扩展虚拟关节的介绍 |
| 4.2.2 基于虚拟关节的有效工作空间扩展 |
| 4.2.3 基于虚拟关节的快速区域内求解 |
| 4.3 避障目标等价运动学约束分析 |
| 4.3.1 静态避障目标的运动学约束等效分析 |
| 4.3.2 动态避障目标运动学约束等效分析 |
| 4.4 基于扩展虚拟关节的避障规划 |
| 4.4.1 末端-构型同步避障规划方法 |
| 4.4.2 空间单点障碍避让规划分析 |
| 4.4.3 空间桁架结构穿越规划分析 |
| 4.5 仿真研究 |
| 4.5.1 空间单点障碍物无碰撞规划仿真 |
| 4.5.2 空间桁架结构穿越规划仿真 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 绳驱分段联动机器人动力学与控制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 机械臂结构特点分析 |
| 5.3 机械臂受力分析 |
| 5.3.1 驱动绳索力分析 |
| 5.3.2 联动绳索力分析 |
| 5.3.3 连杆力分析 |
| 5.4 递推动力学方程 |
| 5.4.1 向外迭代 |
| 5.4.2 向内迭代 |
| 5.5 控制律设计 |
| 5.5.1 动力学控制框图 |
| 5.5.2 仿真验证分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 样机研制与实验 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 绳驱分段联动机械臂样机 |
| 6.3 测量设备和仪器 |
| 6.4 基本性能实验研究 |
| 6.4.1 机器人刚度与负载能力实验 |
| 6.4.2 关节段运动误差实验 |
| 6.4.3 整臂重复定位误差实验 |
| 6.5 动力学控制实验研究 |
| 6.6 典型狭小空间任务下避障实验研究 |
| 6.6.1 基于两层几何法的狭小管道穿越实验 |
| 6.6.2 基于扩展虚拟关节法的桁架避障穿越实验 |
| 6.6.3 实验结果分析 |
| 6.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（3）双臂机器人的协调控制算法综述（论文提纲范文）
| 1 协调运动方式 |
| 1.1 运动学和动力学研究现状 |
| 1.2 双臂约束关系 |
| 1.3 双臂协调运动规划方法 |
| 2 控制方式 |
| 2.1 主从控制 |
| 2.2 位置/力控制 |
| 2.3 阻抗控制 |
| 2.3.1 基于力的阻抗控制方法 |
| 2.3.2 基于位置的阻抗控制方法 |
| 2.3.3 基于改进阻抗控制方法 |
| 2.3.4 双臂协调阻抗控制方法 |
| 2.4 自适应控制 |
| 2.5 控制方式对比 |
| 3 感知传感器 |
| 4 模仿学习 |
| 5 人机交互 |
| 6 总结与展望 |
（4）基于模糊自适应的多机械臂力/位混合控制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 机械臂发展概述 |
| 1.2.2 多机械臂控制理论发展概述 |
| 1.3 主要研究内容以及章节安排 |
| 第二章 基于反步法的多机械臂力/位混合控制 |
| 2.1 控制理论基础 |
| 2.1.1 反步控制 |
| 2.1.2 模糊自适应控制 |
| 2.1.3 命令滤波反步法 |
| 2.1.4 有限时间控制 |
| 2.2 多机械臂系统模型搭建 |
| 2.2.1 多机械臂系统空间模型 |
| 2.2.2 多机械臂系统动力学模型 |
| 2.3 模糊自适应反步控制器设计 |
| 2.4 稳定性分析 |
| 2.5 仿真结果研究 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 基于命令滤波技术的多机械臂力/位混合控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模糊自适应命令滤波控制器 |
| 3.3 稳定性分析 |
| 3.4 仿真结果研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于有限时间技术的多机械臂力/位混合控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 有限时间命令滤波控制器设计 |
| 4.3 稳定性分析 |
| 4.4 仿真结果研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
| 致谢 |
（5）空间双臂机器人协调装配柔顺控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 空间机器人在轨装配及协调操作柔顺控制研究现状 |
| 1.2.1 机器人在轨装配研究现状 |
| 1.2.2 无标定视觉伺服研究现状 |
| 1.2.3 双臂协调操作柔顺控制研究现状 |
| 1.2.4 基于力反馈的位姿调整研究现状 |
| 1.3 本文研究内容及结构安排 |
| 第二章 无标定视觉伺服对准控制方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 无标定视觉伺服系统模型 |
| 2.3 基于卡尔曼滤波的模型在线辨识 |
| 2.4 机器人无标定视觉伺服滑模控制 |
| 2.4.1 深度估计器 |
| 2.4.2 视觉伺服滑模控制 |
| 2.4.3 无标定视觉伺服系统 |
| 2.5 数值仿真 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 基于扭矩-转角法的双臂机器人协调旋拧柔顺控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 旋拧装配过程及预紧力分析 |
| 3.2.1 旋拧装配过程分析 |
| 3.2.2 旋拧装配的预紧力分析 |
| 3.2.3 旋拧装配控制方法分析 |
| 3.3 双臂机器人协调操作约束关系建模 |
| 3.3.1 位置约束关系 |
| 3.3.2 速度约束关系 |
| 3.3.3 内力约束关系 |
| 3.4 空间双臂机器人协调旋拧力/位混合控制方法研究 |
| 3.5 系统参数不确定下空间双臂机器人自适应柔顺控制方法 |
| 3.6 数值仿真 |
| 3.6.1 协调旋拧力位混合控制仿真验证 |
| 3.6.2 系统参数不确定下自适应控制仿真验证 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 考虑桁架振动的位姿调整策略研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 旋拧装配接触建模 |
| 4.2.1 接触状态几何分析 |
| 4.2.2 接触状态力分析 |
| 4.3 旋拧装配位姿调整方法 |
| 4.4 柔性桁架旋拧装配振动特性分析 |
| 4.4.1 柔性桁架结构简化模型建立 |
| 4.4.2 柔性桁架结构的模态分析 |
| 4.4.3 考虑振动最小化的位姿调整策略优化 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 空间双臂机器人协调装配柔顺控制实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验平台与实验方案 |
| 5.2.1 实验平台 |
| 5.2.2 实验方案 |
| 5.3 实验结果与分析 |
| 5.3.1 无标定视觉伺服对准实验 |
| 5.3.2 双臂旋拧装配柔顺控制实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（6）基于完善内力的双臂差型末端作用力建模与控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 双臂机器人系统建模与控制国内外研究现状 |
| 1.2.1 双臂机器人动力学建模国内外研究现状 |
| 1.2.2 双臂抓持内力载荷分配国内外研究现状 |
| 1.2.3 双臂机器人协调控制国内外研究现状 |
| 1.3 存在的问题 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 第二章 基于差型末端作用力的双臂机器人动力学建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 双臂机器人连杆坐标系建立及连杆参数提取 |
| 2.2.1 双臂机器人连杆坐标系建立 |
| 2.2.2 双臂机器人连杆参数提取 |
| 2.3 双臂机器人相对雅可比矩阵求解研究 |
| 2.3.1 双臂机器人雅可比矩阵求解 |
| 2.3.2 双臂机器人相对雅可比矩阵求解 |
| 2.4 双臂机器人差型末端作用力动力学模型求解研究 |
| 2.4.1 双臂机器人动力学模型求解 |
| 2.4.2 双臂机器人差型末端作用力动力学模型求解 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于完善内力的双臂机器人差型末端作用力动力学建模 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于最小范数分解的广义逆理论分析 |
| 3.3 基于广义逆理论的双臂动力学模型分析 |
| 3.3.1 基于平衡力系原理的双臂动力学模型分解 |
| 3.3.2 双臂动力学模型操作力项与内力项交叉原因分析 |
| 3.4 基于内力研究的双臂差型末端作用力动力学模型 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于完善内力的双臂动力学模型自适应阻抗协调控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 双臂机器人自适应阻抗协调控制系统 |
| 4.2.1 阻抗协调控制系统 |
| 4.2.2 自适应阻抗协调控制系统 |
| 4.3 双臂机器人阻抗协调控制系统稳定性分析 |
| 4.3.1 李雅普诺夫稳定性理论 |
| 4.3.2 自适应阻抗协调控制系统稳定性分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于内力载荷分配的双臂差型末端作用力动力学模型仿真验证 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 仿真过程设定及分析 |
| 5.2.1 双臂机器人关节参数 |
| 5.2.2 双臂机器人仿真运动过程 |
| 5.2.3 双臂机器人关节相关参数运动过程 |
| 5.3 仿真结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 课题展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间所取得的科研成果 |
| 致谢 |
（7）面向弱刚性构件装配的双机器人协调控制技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究的目的和意义 |
| 1.2 相关技术的研究现状 |
| 1.2.1 多机器人运动导引控制技术研究现状 |
| 1.2.2 多机器人系统中对象内力控制技术研究现状 |
| 1.2.3 多机器人系统中对象外力控制技术研究现状 |
| 1.2.4 典型弱刚性构件—飞机壁板装配技术研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 基于操作对象的导引控制算法研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于操作对象的双机器人导引示教算法 |
| 2.2.1 基于对象的双机器人闭环运动学建模 |
| 2.2.2 基于刚度控制的导引示教算法 |
| 2.3 导引轨迹多空间自适应插补规划算法 |
| 2.3.1 操作对象与机器人末端的运动学约束 |
| 2.3.2 导引轨迹笛卡尔空间插补 |
| 2.3.3 导引轨迹关节空间插补 |
| 2.4 基于操作对象的双机器人导引控制算法仿真 |
| 2.5 本章总结 |
| 第三章 操作对象的内力控制算法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于对象坐标系的内力建模与计算 |
| 3.2.1 对象内力的整体数学模型 |
| 3.2.2 非挤压广义逆计算内力 |
| 3.3 操作对象内力控制系统设计及其算法研究 |
| 3.3.1 内力控制的“基准调节”策略 |
| 3.3.2 基于阻抗模型的内力模糊控制算法 |
| 3.3.3 操作对象轨迹跟踪误差补偿算法 |
| 3.3.4 操作对象内力控制系统总体架构 |
| 3.4 操作对象内力控制算法仿真 |
| 3.5 本章总结 |
| 第四章 弱刚性壁板装配的环境外力控制算法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 对象环境外力建模及飞机壁板装配流程设计 |
| 4.2.1 操作对象的环境外力建模 |
| 4.2.2 飞机壁板传统装配策略 |
| 4.2.3 基于环境外力控制的壁板装配流程 |
| 4.3 壁板装配的环境外力控制系统设计及其算法研究 |
| 4.3.1 基于外力模型的环境外力阻抗控制算法 |
| 4.3.2 装配过程中环境外力监测值的估算方法 |
| 4.3.3 壁板贴合力的斜坡插补控制算法 |
| 4.3.4 壁板装配的环境外力控制系统总体架构 |
| 4.4 弱刚性飞机壁板装配过程中的环境外力控制算法仿真 |
| 4.5 本章总结 |
| 第五章 面向弱刚性构件装配的双机器人协调控制算法验证 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 装配实验平台的构建 |
| 5.3 基于操作对象的导引控制算法验证 |
| 5.3.1 基于操作对象的双机器人导引示教算法验证 |
| 5.3.2 导引轨迹多空间自适应插补算法验证 |
| 5.4 操作对象的内力控制算法验证 |
| 5.4.1 基于阻抗模型的内力模糊控制算法验证 |
| 5.4.2 操作对象的内力控制效果验证 |
| 5.4.3 操作对象轨迹跟踪误差补偿算法验证 |
| 5.5 弱刚性飞机壁板的环境外力控制算法验证 |
| 5.5.1 对象环境外力监测值估算方法验证 |
| 5.5.2 基于斜坡插补的环境外力控制算法验证 |
| 5.5.3 基于环境外力的飞机壁板装配试验验证 |
| 5.6 本章总结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（8）多机器人协作焊接中的轨迹规划和位置力协调控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 多机器人轨迹规划的研究现状 |
| 1.2.2 双臂位置力协调控制的研究现状 |
| 1.2.3 多机器人协作系统的研究现状 |
| 1.3 论文主要内容 |
| 1.4 论文结构安排 |
| 第2章 多机器人协作焊接系统关键性研究问题分析 |
| 2.1 多机器人协作焊接问题描述 |
| 2.2 多机器人协作焊接过程中的轨迹规划分析 |
| 2.3 双臂间的位置力协调控制策略分析 |
| 2.3.1 主流力控制算法问题分析 |
| 2.3.1.1 位置力混合控制 |
| 2.3.1.2 阻抗控制和导纳控制 |
| 2.3.1.3 模型参考自适应阻抗控制 |
| 2.3.2 多种柔顺控制算法的对比及测试 |
| 2.4 典型多机器人协作系统问题分析 |
| 2.4.1 多机器人协作的体系结构 |
| 2.4.2 多机器人的协作/协调方式 |
| 2.4.3 典型多机器人协作系统的存在问题分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 多机器人协作焊接过程中的轨迹规划 |
| 3.1 问题描述 |
| 3.2 面向被操作对象的最优初始焊接位置布局 |
| 3.2.1 面向初始焊接位置选取的多目标优化模型建立 |
| 3.2.2 基于粒子群优化算法的最优初始焊接位置求解 |
| 3.3 被操作对象在其坐标系中的运动轨迹规划 |
| 3.4 多机器人系统中各机器人的运动轨迹规划 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 空间复杂焊缝焊接过程中的双臂位置力协调控制 |
| 4.1 问题描述 |
| 4.2 双臂协作搬运过程中的动态且未知的轨迹误差分析 |
| 4.3 双臂闭链系统的建模及特性分析 |
| 4.3.1 闭链系统建模 |
| 4.3.2 负载分配 |
| 4.3.3 外力和内力分解 |
| 4.3.4 双臂搬运过程的特性分析 |
| 4.4 自适应变阻抗控制算法 |
| 4.4.1 机器人与环境的接触力模型 |
| 4.4.2 基于自适应变阻抗模型的动态力跟踪策略 |
| 4.4.3 自适应变阻抗算法的稳定性和收敛性证明 |
| 4.5 基于对称式自适应变阻抗的双臂位置力协调控制算法 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 多机器人协作焊接系统平台的设计与实现 |
| 5.1 开放式多机器人协作焊接系统平台概述 |
| 5.2 多机器人协作焊接系统设计方案 |
| 5.2.1 多机器人系统的硬件构成 |
| 5.2.2 多机器人系统的软件架构 |
| 5.2.2.1 多机器人控制器软件系统 |
| 5.2.2.2 上位机端的仿真平台 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 多机器人协作焊接中的轨迹规划和位置力协调算法验证 |
| 6.1 多机器人的轨迹规划算法验证 |
| 6.2 双臂位置力协调控制算法验证 |
| 6.2.1 自适应变阻抗算法测试 |
| 6.2.1.1 自适应变阻抗的仿真试验 |
| 6.2.1.2 自适应变阻抗的物理实验 |
| 6.2.2 对称式自适应变阻抗算法测试 |
| 6.2.2.1 对称式自适应变阻抗的仿真试验 |
| 6.2.2.2 对称式自适应变阻抗的物理试验 |
| 6.3 多机器人协作焊接马鞍形焊缝的物理实现 |
| 6.3.1 多机器人协作焊接中的位置力协调策略 |
| 6.3.2 多机器人协作焊接马鞍形焊缝的物理实验 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 论文研究工作总结 |
| 7.2 进一步的研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介、读博士学位期间发表的论文及其他成果 |
| 读博士学位期间参加的科研工作 |
| 致谢 |
（9）双臂机器人系统模型辨识及协同控制理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景和意义 |
| 1.2 双臂机器人系统研究现状 |
| 1.3 双臂机器人的控制方法研究现状 |
| 1.3.1 基于模型的机械臂控制 |
| 1.3.2 基于函数逼近的机器人控制 |
| 1.3.3 双臂机器人控制 |
| 1.3.4 状态约束控制 |
| 1.4 本文主要内容 |
| 第二章 预备知识 |
| 2.1 机器人系统建模 |
| 2.1.1 运动学模型 |
| 2.1.2 动力学模型 |
| 2.2 基于函数逼近的控制方法 |
| 2.2.1 人工神经网络 |
| 2.2.2 模糊逻辑系统 |
| 第三章 自适应有限时间收敛机器人系统参数辨识与控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于有限时间收敛的参数辨识方法 |
| 3.2.1 运动学参数辨识 |
| 3.2.2 动力学参数辨识 |
| 3.3 有限时间收敛的自适应机器人控制设计 |
| 3.4 仿真和实验 |
| 3.4.1 运动学参数估计仿真与实验 |
| 3.4.2 动力学参数辨识和自适应控制仿真 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 全局稳定的双臂机器人自适应神经网络预设性能跟踪控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 问题描述和系统建模 |
| 4.2.1 问题描述 |
| 4.2.2 双臂机器人系统建模 |
| 4.3 控制器设计 |
| 4.3.1 预设性能函数 |
| 4.3.2 基于障碍李雅普诺夫函数的反步法的控制器设计 |
| 4.3.3 全局稳定的自适应神经网络控制器设计 |
| 4.3.4 稳定性分析 |
| 4.4 实验验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 系统模型未知的双臂机器人有限时间自适应模糊控制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 问题描述 |
| 5.2.1 系统模型描述 |
| 5.2.2 空间局部逼近性质 |
| 5.3 控制器设计 |
| 5.3.1 系统模型未知的双臂机器人闭环控制系统设计 |
| 5.3.2 自适应参数估计算法设计 |
| 5.3.3 稳定性分析 |
| 5.4 仿真研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 总结和展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（10）冗余双臂机器人协调作业系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 双臂机器人研究现状 |
| 1.2.2 冗余机器人避障规划研究现状 |
| 1.2.3 运动学协调研究现状 |
| 1.2.4 动力学建模研究现状 |
| 1.2.5 闭链系统动力学分析研究现状 |
| 1.2.6 目前研究存在的问题 |
| 1.3 本文的主要研究工作 |
| 第二章 冗余单臂机器人的避障方法研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 冗余机器人的运动学基础 |
| 2.3 基于避障问题的运动学分析 |
| 2.3.1 避障策略 |
| 2.3.2 基于避障问题的运动学逆解 |
| 2.4 避障问题的分类 |
| 2.4.1 障碍不影响末端运动的避障问题 |
| 2.4.2 障碍影响末端运动的避障问题 |
| 2.5 基于主从任务转化的避障算法 |
| 2.5.1 缩减的避障运动操作空间 |
| 2.5.2 基于主从任务转化的避障算法 |
| 2.6 仿真实验和分析 |
| 2.6.1 平面冗余机械臂的避障仿真案例 |
| 2.6.2 多个障碍同时存在的避障仿真案例 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 冗余双臂机器人的协调避障算法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 协调操作问题描述 |
| 3.2.1 绝对位姿变量 |
| 3.2.2 相对位姿变量 |
| 3.2.3 反向运动学分析 |
| 3.3 冗余双臂机器人的协调避障算法 |
| 3.3.1 冗余双臂机器人的运动学逆解 |
| 3.3.2 避障运动操作空间 |
| 3.3.3 冗余双臂机器人的协调避障算法 |
| 3.4 仿真实验和分析 |
| 3.4.1 冗余双臂机器人及仿真任务 |
| 3.4.2 结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 冗余单臂机器人的高效率反向动力学建模方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 机器人的反向动力学问题 |
| 4.3 运动旋量和力旋量 |
| 4.4 解耦的牛顿-欧拉方程 |
| 4.4.1 非解耦的牛顿-欧拉方程 |
| 4.4.2 运动学约束 |
| 4.4.3 牛顿-欧拉方程的解耦 |
| 4.4.4 外力矩向量 |
| 4.5 I，C和 τ 的显式表达式 |
| 4.5.1 广义惯性矩阵I的显式表达式 |
| 4.5.2 惯性传递矩阵C的显式表达式 |
| 4.5.3 广义驱动力 τ 的显式表达式 |
| 4.6 基于解耦的自然正交补的反向动力学递推算法 |
| 4.6.1 算法步骤 |
| 4.6.2 计算效率 |
| 4.7 仿真实验和分析 |
| 4.7.1 冗余机器人参数 |
| 4.7.2 仿真轨迹 |
| 4.7.3 结果分析 |
| 4.8 本章小结 |
| 第五章 冗余双臂机器人的高效率反向动力学建模方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 运动学模块 |
| 5.3 运动学约束 |
| 5.3.1 模块内的运动学约束关系 |
| 5.3.2 模块之间的运动学约束关系 |
| 5.4 解耦的牛顿-欧拉方程 |
| 5.4.1 单个模块的牛顿-欧拉方程 |
| 5.4.2 树形系统的牛顿-欧拉方程 |
| 5.4.3 牛顿-欧拉方程的解耦 |
| 5.4.4 广义惯性矩阵I的显式表达式 |
| 5.5 树形机器人的反向动力学递推算法 |
| 5.6 仿真实验和分析 |
| 5.6.1 冗余双臂机器人及仿真轨迹 |
| 5.6.2 运动学模块的划分 |
| 5.6.3 结果分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 双臂协调闭链系统的动力学分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 载荷分配问题 |
| 6.2.1 操作目标的动力学方程 |
| 6.2.2 载荷分配的问题描述 |
| 6.2.3 无内力的载荷分配 |
| 6.3 机械臂的动力学模型 |
| 6.3.1 机械臂的动力学方程 |
| 6.3.2 驱动力矩优化 |
| 6.4 仿真实验和分析 |
| 6.4.1 冗余双臂机器人及仿真轨迹 |
| 6.4.2 载荷的无内力分配 |
| 6.4.3 驱动力矩的优化 |
| 6.4.4 结果分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 双臂协调操作系统的虚拟样机仿真分析 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 虚拟样机技术介绍 |
| 7.2.1 虚拟样机定义及要素 |
| 7.2.2 ADAMS软件介绍 |
| 7.3 双臂协调操作系统的虚拟样机系统 |
| 7.3.1 冗余双臂机器人的结构特点 |
| 7.3.2 虚拟样机的构建 |
| 7.4 双臂协调搬运任务的仿真实验 |
| 7.4.1 协调搬运任务分解 |
| 7.4.2 实验步骤 |
| 7.4.3 结果分析 |
| 7.5 双臂协调装配任务的仿真实验 |
| 7.5.1 协调装配任务分解 |
| 7.5.2 实验步骤 |
| 7.5.3 结果分析 |
| 7.6 本章小结 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 总结 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文和专利技术 |
| 附录 |
四、柔性臂机器人协调操作的内力分析（论文参考文献）
- [1]面向大型目标捕获的空间多臂机器人抓取策略研究[D]. 江涛. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]狭小空间作业绳驱分段联动机械臂运动规划与控制研究[D]. 刘天亮. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [3]双臂机器人的协调控制算法综述[J]. 王琪,闵华松. 计算机工程与应用, 2021(01)
- [4]基于模糊自适应的多机械臂力/位混合控制[D]. 柳建良. 青岛大学, 2020(01)
- [5]空间双臂机器人协调装配柔顺控制方法研究[D]. 段嘉琪. 北京邮电大学, 2020(04)
- [6]基于完善内力的双臂差型末端作用力建模与控制研究[D]. 李进. 河北工业大学, 2020
- [7]面向弱刚性构件装配的双机器人协调控制技术研究[D]. 逯轩. 南京航空航天大学, 2020(07)
- [8]多机器人协作焊接中的轨迹规划和位置力协调控制研究[D]. 段晋军. 东南大学, 2019
- [9]双臂机器人系统模型辨识及协同控制理论研究[D]. 江一鸣. 华南理工大学, 2019(01)
- [10]冗余双臂机器人协调作业系统研究[D]. 申浩宇. 南京航空航天大学, 2016(12)